可控硅阀控制VCU.docx

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可控硅阀控制VCU

可控硅阀控制

概要

HVDC换流器的阀控，有时也称作阀基电子设备，可以看作CFC系统的一个远方I/O接口。

该设计包括两个中心控制单元，A和B，每个阀和光单元与两个中心单元是分开的。

冗余的CFC系统都不断地送控制脉冲到阀控的两个中心单A、B的摸快。

中心单元负责产生送到可控阀的触发脉冲，因此也是双重化的。

选择工作系统的触发脉冲去驱动光电板上的IR二极管。

从阀的可控硅和光纤的连续备用开始，整个回路都是完全双重化的。

这就意味着不需要一个公共的开关系统来从工作系统选择控制脉冲。

可控硅监视系统的主要功能包含在阀控中，因此也是冗余的。

为了探测故障可控硅，可控硅监视系统使用由可控硅阳极电压产生的指示脉冲。

目录

1概述

2参考目录

3控制和保护系统设计

3．1冗余设计

4阀控

4．1绪论

4．2阀触发系统

4．3内部监测

4．4可控硅监视

4．4．1阀控中的可控硅监视

4．4．2可控硅监视单元

4．5阀不触发保护

4．6保护触发

4．7硬件

4．7．1概要

4．7．2中心单元

4．7．3光单元

1．概述

为了描述HVDC站的阀控系统的任务，必须从全面了解站的控制和保护设备入手。

因此控制和保护设备的简单描述，在随后的章节中给出。

在描述中以一个极为例，它是一个HVDC站的基本组成部分。

MACH2控制系统更为详细的说明，见参考1。

2．参考

1．1JNL100026-252，控制系统硬件和软件概述

2．1JNL100041-548，可控硅监视。

3．控制和保护系统设计

极的控制和保护系统由MACH2构成，包括冗余的极控和保护柜PCP和分布式I/O接口单元或柜，典型的安排如图1。

输电系统的控制系统设计标准是100%的有效性。

实现这一点的方法是不允许个别的故障妨碍系统运行。

因此，HVDC控制系统的所有部分都是冗余的。

在MACH2控制设备PCP中，阀控（VCY、VCD）和I/O系统同样是是冗余的。

系统设计是ABB最早在80年代于HVDC工程中使用的冗余控制系统观念的现代版本。

MACH2系统中的典型信号流程，从I/O系统到阀控的信号流程如图2所示。

3.1冗余设计

PCP系统为冗余设计，一个工作，一个热备用。

在任何时候两个系统仅有一个有效，控制换流器及相关设备。

备用系统处于运行状态，但无输出信号。

如果在工作系统中检测到故障，备用系统取得控制权，成为新的工作系统。

故障系统（原来的工作系统）将在作为备用系统投入运行以前检查。

系统的切换指令可以手动启动，也可以自动启动。

手动指令通过工作系统上的一个按钮输入。

自动指令由系统的内部监视功能或保护信号启动。

切换指令总是从当前的工作系统发出。

通过这种切换逻辑，备用系统的故障或试验不会导致无意的切换。

而且不可能手动切换到故障系统。

内部监视包括辅助电源监视给出切换指令，程序执行监视（STALL报警），存储器试验（程序和数据存储器）和通过现场总线通讯的I/O系统的监视。

线路板的故障被内部监视功能探测到后，产生报警信号，启动系统切换。

此外，自动切换指令被内部监视和直流保护作为优先措施而启动，进行系统切换。

更进一步地增加了冗余系统的安全性。

利用保护进行系统切换的目的是为了HVDC系统的所有异常运行情况都将保护系统被检测到，如果异常运行情况是由控制系统故障引起，通过切换控制系统恢复正常运行条件。

此外，该设计将避免由于测量回路的故障引起的误跳闸。

注意保护给出切换指令，如果系统切换故障，仍将在下一步给出跳闸和闭锁指令。

来自保护的切换指令和跳闸、闭锁指令之间的选择，是通过给切换指令设置一个低水平的标准和一个短的时延完成。

这将使系统在保护切换之后能够恢复。

注意在该安排中没有长的延时。

4．阀控

4．1概述

阀控单元的主要目标是将由控制脉冲发生器送来的电的控制脉冲（CP）转变为光的触发脉冲（FP），去触发连接在阀上的单个可控硅。

阀控设计成冗余的A、B系统，与上层控制系统极控相连。

参见图2。

冗余系统的连接点在光单元的单个IR二极管驱动器的输入端。

这意味着阀控的完全冗余设计作为IR二极管驱动器已达到。

对阀多余可控硅，IR二极管有公共的冗余。

阀控由A、B两个中心单元组成，阀和光单元与中心单元是分开的，见图4。

设计紧凑便于维护，特别是光单元为典型的插拔式。

可控硅系统的主要功能包含在阀控中，因此，也是冗余的。

为探测故障可控硅，可控硅监视系统使用指示脉冲（IP），当阀上的单个可控硅检测到阳极电压时发出该脉冲。

THM可控硅监视主单元是一个极12个阀（VCU）的公共报警处理器。

这个主单元的任务是收集来自VCU的信息，同时将报警和可控硅的状态信息送到站的SCADA系统。

4．2阀触发系统

冗余的控制脉冲CPA、CPB持续的时间必须与阀的导通间隔时间一致，CPA、CPB由换流器触发控制系统中的控制脉冲发生器送到阀控系统。

见图5和图6。

控制脉冲CP在阀控系统中转变为触发脉冲FP送到光接口的IR二极管单元。

在IR二极管单元中将每个阀的FP电脉冲转变为每个可控硅的FP光脉冲，通过光缆送到可控硅控制单元TCU。

光回报脉冲IP作为可控硅检测到阳极电压和准备被触发的信息，由TCU发出。

每个IP脉冲检测可控硅是健康的指示，可控硅监视系统利用这个信息探测可控硅的状态。

在CP间隔期间，若阀截止，可控硅将检测到正的电压，TCU将产生新的IP脉冲，由触发系统重新触发。

在运行电流不连续和脉冲触发系统不足的时候，将出现这种情况。

4．2．1短脉冲逻辑

若可控硅或整个阀在CP间隔期间停止道通（运行电流不连续，例如开路试验期间），新的IP脉冲将引起一个新的FP脉冲。

在出现FP脉冲100μs以内接受到新的IP脉冲，将直接产生新的FP脉冲，否则延时20μs。

在CP间隔期间，IP脉冲持续为高电平，头10个FP脉冲将每间隔10μs出现1个，以后将间隔100μs。

见图7和图8。

4．3内部监视

为了提高冗余阀控系统的可靠性，在每一个阀控中包含有大量的内部监视。

在工作系统检测到内部故障后，将切换到备用系统，极在没有干扰的情况下将继续正常运行。

导致系统切换的内部故障有：

——辅助电源故障。

——短脉冲逻辑故障。

——控制脉冲发生器到阀控单元的通讯故障。

——可控硅监视系统故障。

——故障可控硅的数量异常。

4．4可控硅监视

4．4．1阀控中的可控硅监视

短脉冲逻辑中的IP脉冲也送到光单元中的RS触发器，一个可控硅对应一个RS触发器，见图9。

这些触发器由IP脉冲置位，被可控硅监视系统用余检测健康可控硅。

触发器与微处理器相连，以保持连接可控硅的状态。

来自这些处理器的可控硅状态信息被连续地传输到从光接口收集信息的中心可控硅监视处理器的中心单元。

在中心单元，进行阀报警和跳闸水平的检测，并将报警、跳闸和可控硅的状态通过CAN现场总线传输到PCP柜中的上一级可控硅监视系统。

来自中心单元的跳闸命令通过电线直接送到PCP系统，因此称作“VCUOK”信号。

4．4．2可控硅监视主单元

可控硅监视THM是一个从VCU收集信息的报警和跳闸处理器。

THM的作用是从VCU收集故障可控硅的状态信息，送到OWS。

THM应有程序有HIDRAW编写，运行在通过CAN现场总线与VCU通讯的PS830处理器板中。

因为是冗余设计，每个系统中提供一套THM，可控硅监视系统从VCU板接受信息，将数据储存在内部寄存器中。

寄存器将存储IP和PF的触发器信息、大量的故障位置、来自VCU所有中心单元的状态位和来自所有光接口板的试验位。

因为可控硅监视系统是冗余的，在换流器运行期间，可对备用系统进行调试，而阀的所有控制和监视功能由工作系统完成。

可控硅监视系统通过由VCU开始的CAN发送跳闸和报警级别。

THM也给VCU每一个光板发送已安装的可控硅的状态信息。

当检测到故障可控硅后，可控硅监视系统发送事件信息到SCM。

通过新可控硅故障触发动态事件的方法来实现事件的分布，可控硅的状态信息在THM中能用一个选择监控。

来自VCU中心单元的报警作为一个数字单一事件分布到SCM。

4．5阀不触发保护

阀不触发保护，图10，是控制脉冲发生器的一部分，基于为检测控制脉冲发生器和阀控之间的通讯故障而设的非常强的监视单元的保护功能。

保护或监视通过比较送到VC的控制脉冲CP和接受到的来自VC的触发脉冲FP，监测到阀没有触发或虚假触发。

没收到作为CP反馈信号的FP，是没有触发的判断标准，CP间隔之外的FP是虚假触发的标准。

此外，通过对没触发和虚假触发检测，监视系统检查12个CP的传输顺序和CP-FP延时。

工作系统探测到故障时切换系统。

4．6保护触发

无论任何原因，可控硅在阀触发时没收到FP，当阀上的其它可控硅被触发时，该可控硅位置上的电压将升高。

电压超过预先确定的可控硅水时，TCU将产生一个内在的门极脉冲去触发，通过这种方法来保护可控硅。

PF将送一个额外的指示脉冲到VC，作为保护触发的指示。

可控硅监视系统探测保护触发，以同样的方法探测健康可控硅。

4．7硬件

4．7．1概述

阀控通过两种专门的线路板使整个单元设计紧凑。

VCU一个重要的设计标准是维护方便，尽管VCU与阀之间有大量的光纤。

通过每个阀的中心单元和每个板上有两路16个光连接器插孔的光单元，维护的要求得到满足，见图11。

阀控的中心单元能软件设定1到12个阀的控制。

阀控的设计灵活，取决于阀上的可控硅数目，1到12个阀的功能可放在一个架子内。

4．7．2中心单元

中心单元PS900，图12和图13，是控制系统（极控）和阀控光板PS906间的接口。

可编成单元是以80C166系列的控制器为基础，通过图形编码系统HIDRAW编程。

触发和监视逻辑建在XILIXFPGA（FieldProgrammableGateArrays）装置中。

阀控中心单元的主要组成：

1．24VDC/5VDC电源变换。

2．触发脉冲参考电压。

3．专用接口，监视和通信的前、后连接板。

4．带自动总线终端的单独CAN总线。

5．到背板的控制脉冲（CPandACT1–CPandACT12）输出缓存器。

缓存器由active、standby信号控制。

6．触发脉冲（FP1–FP6）输入缓存器。

7．24V保护数字量输出（OUT24V1–OUT24V8）.

8．双向外部控制信号I/O。

9．RS422接口。

10．底板上的内部控制信号双向数字I/O。

11．两路光隔离浮点数字输入。

12．四根光纤用于控制信号的光输入，前连接。

13．两根光纤用于控制信号的光输出，前连接。

14．Active/Standby和Test/Service模式的手动设置开关。

15．LED显示状态和运行模式。

常规数据：

处理器180C167CR

闪存512KB

寄存器32KB

CAN信道1（1Mbit）

每个板控制的阀数量1-12

光单元的数量1-18（16-288可控硅/阀）

4．7．3光单元

光I/O板PS906，图14和图15，是控制系统与阀上可控硅间的接口。

PS906有两个主要功能，FP的传输和IP的接受，用于阀的触发和监视。

这儿有两个同样的相互独立的A/B系统，用于监视和FP发生器及IP检测逻辑。

常规数据：

处理器280C51

PROM16K

RAM256B

IR二极管通道（FP）16

PIN二极管通道（IP）16

Figure14PS906OpticalUnitlayout

Figure15OpticalUnit